DE2152125A1

DE2152125A1 - Rolle fuer ein Waelzlager

Info

Publication number: DE2152125A1
Application number: DE19712152125
Authority: DE
Inventors: Stewart Harold Elwin; Derner William John
Original assignee: Rollway Bearing Co Inc
Current assignee: Rollway Bearing Co Inc
Priority date: 1971-01-20
Filing date: 1971-10-20
Publication date: 1972-07-27
Also published as: IT950587B; FR2122968A5; GB1331189A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rolle für ein Wälzlager.

Bei Radiallagern, die relativ leicht belastet sind und die dabei mit hohen Drehzahlen umlaufen, tritt bei Verwendung von massiven Rollenelementen ein Phänomen auf, das in der Fachwelt als Gleiten ("skidding") bekannt ist. Hierboi übersteigt die Zentrifugalkraft auf die Rolle um einen | großen Betrag die Kräfte, welche wirksam sind, um den ■.Rollenkontakt aufrechtzuerhalten. Dies führt zu erhöhten Arbeitstemperaturen des Lager3, einem hohen Geräusch^piegel und verkürzt zudem die Lagerlebensdauer. Das Gleiten der Rollen kann auch zu einem Durchschlagen des Schmiermittelfilms des Lagers führen, was seinerseits zu einer Verschlechterung der miteinander in Berührung kommenden Flächen führt und zur Verkürzung der Lagerlebensdauer beiträgt«

13in weiteres Problem, das bei leichtbelaateten und für hohe Drehzahlen bestimmten Rollenlagern mit massivem Rollen auftritt, ist, daß die Rollen bei einer vorgegebenen Lager-Bankkonto : Braunacfiwaiglacha Staatsbank, Filial· Bad Ganderahalm, Kto.-Nr. 22.118.970 ■ Poatacheckkonto: Hannover W7 IB Ra/Β t

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BAD ORIGINAL

größe eine festgelegte Federkonstante haben, welche bei bestimmten Lagerdrehzahlen zu harmonischen Schwingungen führt, die zu Schaden am Lager führen können und die gegebenenfalls auch, vom Lager zu anderen Teilen der zugehörigen Maschine übertragen werden und dort weitere Schaden und selbst zerstörende Kräfte hervorrufen können.

Werden Lager dort angewendet, wo der normalen Lagerbelastung Stoßkräfte überlagert sind, so können massive Rollen und/oder ihre Rollbahnen eine plastische Verformung erfahren, was zu einem schlechten Lauf und frühzeitigem Lagerausfall führte Auch können, wenn ein Lager dieser Art Fluchtfehler zwischen Welle und Gehäuse aufnehmen muß, die Rollen höhere Belastungskonzentrationen ausgesetzt sein, weil nicht die gesamte wirksame Länge jeder Rolle in Berührung mit den Rollbahnen steht. Dies kann ebenfalls infolge der hohen Spannungen an der Berührungsstelle und der sich ergebenden Schubspannungen unterhalb der Oberfläche die Lagerlebensdauer verringern.

Bei früheren Versuchen zur Lösung des Problems des Gleitens (skidding) wurden relativ dünnwandige hohle Rollen verwendet, und es wurde bei massive Rollen aufweisenden Lagern eine Vorbelastung verwendet. Keine von beiden MaiSnahmen erwies sich als zufriedenstellend, da die sehr niedrige Federkonstante der dünnwandigen Rollen zu gefährlichen Schwingungsproblemen führt, während das Vorbelasten von massive Rollen aufweisenden Lagern in dem zum Verhindern des Gleitens notwendigen Ausmaß zu einem hohen Anlauf-Drehmoment und zu zusätzlichen Problemen mit Wärmeausdehnungsunterschieden führt.

Was das Problem der möglicherweise zerstörerischen harmonischen Schwingungen anbetrifft, so ist bei dieser

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Art von Lagern bisher noch wenig zu seiner Lösung unternommen wordene Der übliche Lösungsweg zum Lösen des Problems hoher Stoßkräfte war es, die Lager stark überzudimensionxeren; dies reduziert die Wirkungen der Stoßkräfte, erhöht aber die Gesamt größe und die G-esamtkosten des Lagers. Das Problem der Fluchtfehler wurde gewöhnlich dadurch berücksichtigt, daß man die Rollen und ihre Laufbahnen ballig ausführte. (Tonnenlager) Hierdurch kann das Lager den Fluchtfehler ausgleichen, aber die Länge des Rollenkontakts wird wesentlich vermindert, wodurch sich hohe Spannungen an der Berührungsstelle und starke Schubspannungen unterhalb der Ober- i fläche ergeben»

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten Rollen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Rolle dadurch erreicht, daß sie als hohle mit einer axialen, sie durchdringenden Hittelausnehmung ausgebildet ist, wobei die Dicke der Wand der Rolle eine Funktion des Durchmessers der Mittelausnehmung, des Durchmessers der Rolle und der Lagerbelastung ist, und daß der Durchmesser der Mittelausnehmung nicht weniger als 40$ oder mehr als 60$ des Durchmessers der Rolle beträgtο Durch die Erfindung erhält man also eine f

relativ dickwandige hohle Rolle, welche sich besonders gut zur Verwendung in Lagern für hohe Drehzahlen und geringe Lagerbelastungen eignet. Die Wandstärke ist größenmäßig durch einen Bereich von Verhältnissen zwischen dem Durchmesser der axialen Ausnehmung der Rolle und ihrem Gresamtdurchmesser definierte Die zulässigen Verhältnisse werden aufgrund solcher Faktoren wie angenommene

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Lagerbelastung, Durchfederung der Rolle bei Belastung und die maximale zulässige Beanspruchung in der Rolle bei Belastung bestimmt.

Durch das -Verringern der Hasse der Rolle ist die auf sie wirkende Zentrifugalkraft kleiner und die Tendenz zum Gleiten (skidding) wird wesentlich verringert. Zusätzlich werden die erfindungsgemäße Hohlrollen aufweisenden Lager vorbelastet, um ein Gleiten (skidding) weitgehend zu verhindern und einen sicheren Antrieb des Käfigs zu gewährleisten. Die Vorbelastung ist hierbei jedoch wesentlich kleiner als diejenige, die bei massiven Rollen zum Verhindern des Gleitens erforderlich ist. Die Vorbelastung der Hohlrolle wird teilweise durch ihre Federkonstante bestimmt, und diese wird ihrerseits durch das Verhältnis zwischen der Wandstärke und der angenommenen Lagerbelastung beeinflußt.

Durch das Ausschalten des Gleitens (skidding),des übermäßigen Verschleißes und des Geräuschs werden auch hohe Betriebstemperaturen vermieden. Dadurch, daß man Rollen mit einer bestimmten Federkonstanten konstruiert und verwendet, kann die natürliche Resonanz des Systems bei normalen Betriebsdrehzahlen vermieden werden, wodurch die Möglichkeit schädlicher Schwingungen in den Lagern oder an anderen Teilen der Maschine stark vermindert wird. Der erhöhte elastische Verformungsbereich der hohlen Rolle ermöglicht auch eine gleichmäßigere Lastverteilung und ermöglicht es den Rollen, merklich größere Stoßkräfte aufzunehmen und Fluchtfehler ohne dauerhaften Schaden am Lager zu kompensieren

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie aus den Unteransprüchen₀

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Bs zeigen

Jig. 1 eine raumbildliche Darstellung einer relativ dickwandigen hohlen Rolle nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie 2-2 der Pigο 1, und

Mg. 3 eine Draufsicht in verkleinertem Maßstab auf das Ende einer Rolle, deren Innenausnehmung hier mit einem dämpfenden Werkstoff gefüllt ist.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Rolle für ein Lager bezeichnet, und diese Rolle 10 weist in ihrer Längsrichtung eine durchgehende zylindrische Innenaus- ™ nehmung 12 auf, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Wand 14 der Rolle relativ dick ist» Erfindungsgemäß beträgt der in Pig«. 2 mit B bezeichnete Durchmesser der Innenausnehmung vorzugsweise 40 bis 60$ des Gesamtdurchmessers D der Rolle 10«, Anders ausgedrückt liegt das Verhältnis B/D im Bereich von 2/5 ... 3/5.

Der angegebene Bereich von B/D-Verhältnissen ergibt eine Rolle, welche für eine bestimmte angenommene Lagerbelastung die gewünschte Masse, Festigkeits- und Durchfederungseigenschaften hat,, Ersichtlich kann die Rolle 10 für andere angenommene Belastungen proportional größer oder kleiner sein, aber der Bereich von B/D-Ver- " hältnissen bleibt im wesentlichen der gleiche. Das genaue B/D-Verhältnis für einen bestimmten Anwendungsfall wird so berechnet, daß man eine Rolle mit einer Masse erhält, bei der das Gleiten im wesentlichen vermieden wird - die normale Betriebsdrehzahl wird bei der Bestimmung der richtigen Masse berücksichtigt -, die die gewünschte Festigkeit für ein hohe Lagerlebensdauer hat, und die auch die gewünscht en. Durchfederungseigenschaften oder Federkonetante hat.

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Bei einer so ausgebildeten hohlen Rolle wird die Durchfederung Y der Rolle durch die Formel bestimmt:

Y = Ο,Ο745·1θ"³. P (1+ 2,78 )

Hierbei bedeuten

Y Durchbiegung in mm

P angenommene Belastung in kp

R Radius bis zur mittleren Dickenachse 16 der

Rollenwand 14 (Pig. 2) in mm e den Abstand zwischen der mittleren Dicken-

aohse und der tragenden neutralen Achse 18,

in im
A die Rechtecksfläche 20 (Fig. 2), also das

Produkt aus der Rollenlänge L und der Wand-

2
dicke t, in mm .

Die größte Spannung S, der die Rolle bei Belastung ausgesetzt ist, ergibt sich durch die Formel

q K « P

Hierbei bedeuten

P angenommene Belastung
L Länge der Rolle

PD Gesamtdurchmesser der Rolle

K eine variable Funktion des Verhältnisses B/D.

Wie oben ausgeführt, wird die Rolle 10 zur Sicherung gegen Gleiten auch einer mäßigen Vorbelastung ausgesetzt, deren Größe abhängig ist von der Luft (Spiel) zwischen den Rollen und deren Laufbahnen sowie der Federkonstante der Rollen. Wenn man durch Verringern der Massen der Rollen und duroh Vorbelastung das Gleiten ausschaltet, werden auoh die Probleme übermäßigen Verschleißes,

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starker Geräuschbildung und hoher Betriebstemperaturen ausgeschaltet.

Versuche an Lagern mit erfindungsgemäßen hohlen Rollen haben auch gezeigt, daß die Verteilung der Belastung auf die Rollen besser wird. Dies ist eine Folge der Durchfederungseigenschaften der hohlen Rollen, wodurch es ermöglicht wird, daß eine größere Anzahl von Rollen die auf das lager wirkende Belastung trägt, und dies führt seinerseits zu einer verringerten Belastung der einzelnen Rollen und zu einer Verringerung der Auslenkung der Wellenmitte. Versuchsergebnisse zeigen auch, daß die Kontaktfläche pro Rolle vergrößert wird. Die |

Folge dieser verbesserten Eigenschaften ist eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung auf die Rollen und eine gleichmäßigere Verteilung der auf die einzelnen Rollen wirkenden Belastungen, was seinerseits die Lagerlebensdauer wesentlich erhöhte

Zusätzliche vorteilhafte Ergebnisse ergeben sich durch den erhöhten Bereich elastischer Verformung bei den erfindungsgemäßen Rollen. Lager mit solchen Rollen können merklich höhere Stoßkräfte aufnehmen und einen wesentlich größeren Grad von lluchtfehlern ohne bleibende Lagerschädigung ausgleichen. Auch das Lagergeräusch wird vermindert - ganz abgesehen von der Ausschaltung der G-leitgeräuache -, weil die hohle Rolle von Haus aus eine Elastizität aufweist, die es ihr ermöglicht, kleinere Oberflächen-Unregelmäßigkeiten von Rollen und Laufbahnen zu absorbieren, welche sonst dazu beitragen, den Geräuschpegel zu erhöhen«. Hierzu kann auch die Ausnehmung 12 der Rolle 10 mit einem Elastomer 22 od.dgl. gefüllt werden, wie das in Figo 3 dargestellt ist, um die

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schwingungsdämpfenden Eigenschaften der Rolle weiter zu verbessern. Für die Fällung 22 verwendet man mit Vorteil einen leichten Werkstoff mit guten Dämpfeigenschaft en ο

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man durch die Erfindung eine neuartige und sehr vorteilhafte hohle Rolle erhält, die sich besonders gut für Anwendungsfälle mit hoher Drehzahl und kleiner Lagerbelastung eignete

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

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Claims

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershmm, 19. Oktober 1971 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382)2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Gandershslm

Unsere Akten-Nr.: 2"]OA-/2

Rollway Bearing Company, Inc.
Patentgesuch vom 19. Oktober 1971

Patentansprüche f

11J Rolle für ein Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle als hohle Rolle (10) mit einer axialen, sie durchdringenden Mittelausnehmung (12) ausgebildet ist, wobei die Dicke (t) der Wand (14) der Rolle (10) eine Funktion des Durchmessers (B) der Mittelausnehmung (12), des Durchmessers (D) der Rolle (10) und der Lagerbelastung (P) ist, und daß der Durchmesser (B) der Mittelausnehmung (12) nicht weniger als 4O£o oder mehr als 6O^c/o des Durchmessers (D) der Rolle beträgt«,
2. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sie zur Verwendung zwischen konzentrischen ringförmi- | gen Laufbahnen, insbesondere in einem Radiallager, ausgebildet ist.
3. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sie zur Verwendung zwischen zueinander etwa parallelen Platten, insbesondere in einem Axiallager, ausgebildet ist.
4. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (t) so bemessen ist, daß die maximale kritische, in der Rolle zulässige Spannung im Bereich von 30...70$ der Streckgrenze bei 0,2$ Dehnung desjenigen Werkstoffes liegt, aua dem die Rolle (10) gefertigt ist.

Banfckoito:Braun«cNr*lgitdM8tMttbw*, RtW* Bad α·ηα·Γ·Η·(πι, Kto.-Nr. 22.118.970 . Pottodwdckonto: H«nnov»r 88715 RS/Et

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5o Rolle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch, gekennzeichnet, daß sie im Lager unter Vorbelastung angeordnet ist.

6o Rolle nach mindestens einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Mittelausnehmung (12) mit einem leichten, dämpfenden Werkstoff (22) gefüllt ist.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

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